JP3756743B2

JP3756743B2 - Current detection circuit

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Publication number: JP3756743B2
Application number: JP2000252561A
Authority: JP
Inventors: 史章水野; 功雄一色
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002078183A; EP1182761A2; US6701262B2; EP1182761A3; US20020026287A1; EP1182761B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源部から負荷に供給される負荷電流を検出する電流検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチ手段をオンにすることで電源部から負荷に負荷電流を供給する電流供給回路において、過電流に対する保護手段としてヒューズが多用されている。ヒューズは、回路に直列に挿入され、過電流が流れると溶断して回路を遮断するため、回路を確実に保護できるという利点があるが、一旦過電流が流れてヒューズが溶断すると、溶断したヒューズを新たなヒューズに交換しなければ回路を復帰させることができず、回路を復帰させるのに手間がかかるという問題がある。近年、特に車両では、電流供給回路のモジュール化が進展し、ヒューズもモジュール内部に組み込まれるようになっている。従って、ヒューズを交換するためにはモジュール内部からヒューズを取り出した上で、新たなヒューズをモジュール内部に組み込まなければならず、ヒューズ交換の作業性が非常に低下している。
【０００３】
そこで、電流供給回路に流れる電流を監視しておき、電流レベルが正常範囲から逸脱したときにスイッチ手段をオフにして回路を遮断するように構成することで、ヒューズを不要にすることが検討されているが、そのためには、負荷電流を精度良く検出する電流検出回路が必要になる。
【０００４】
このような電流検出回路として、図７に示すような回路が知られている。図７の回路では、バッテリ１０１と負荷１０２との間に高精度の低抵抗１０３を直列に接続しておき、この低抵抗１０３に流れる電流を変換回路１０４により電圧に変換する。一方、基準電圧生成回路１０５により基準電圧を生成し、変換された電圧と基準電圧とを比較回路１０６により比較して、低抵抗１０３に流れる電流が異常であるか否かを判別するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、基準電圧生成回路１０５はアースを基準として基準電圧を生成するので、変換回路１０４も低抵抗１０３における電圧降下をアースを基準とする値に変換する必要があるが、低抵抗１０３における電圧降下を変換回路１０４によりアースを基準とする値に精度良く変換するのは困難で、しかも、変換回路１０４の構成が複雑なものになるという問題があった。
【０００６】
また、自動車のバッテリ電圧は、正常に動作しているときでも比較的大きく変動するが、バッテリ電圧の変動に関わりなく一定の基準電圧を生成可能にするためには、基準電圧生成回路１０５の回路構成が複雑なものになってしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するもので、電源部から負荷に供給される負荷電流を簡素な回路構成で検出することができる電流検出回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源部と負荷との間に介設されたスイッチ手段をオンにすることで上記電源部から上記負荷に負荷電流を供給する電流供給回路において、上記電源部から出力される第１電圧より所定電圧だけ低い第２電圧を生成して出力する電圧生成回路と、上記電源部と上記負荷との間に介設され、所定の抵抗値を有する電流検出抵抗と、上記第１電圧と上記第２電圧との電位差によって動作し、アナログ値をｋ（ｋは２以上の整数）ビットのディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換回路と、上記スイッチ手段がオンのときに上記電流検出抵抗の一端側の電圧および他端側の電圧がそれぞれ上記アナログ・ディジタル変換回路により変換されたディジタル値に基づき上記負荷電流またはこれに相当する値を求める演算回路とを備え、前記第２電圧は、０Ｖではない仮想のアース電位であって、前記第１電圧の変動に応じて、第１電圧との電位差を一定の所定電圧に保って変動するものであることを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によれば、電源部から出力される第１電圧より所定電圧だけ低い第２電圧が、電圧生成回路により生成されて出力され、この第１電圧と第２電圧との電位差によってアナログ・ディジタル変換回路が動作する。
【００１０】
そして、スイッチ手段がオンのときに、電流検出抵抗の一端側の電圧および他端側の電圧がアナログ・ディジタル変換回路によってｋビットのディジタル値に変換され、その変換結果に基づき負荷電流またはこれに相当する値、例えば電流検出抵抗における電圧降下が求められる。
【００１１】
ここで、前記第２電圧は、０Ｖではない仮想のアース電位であって、前記第１電圧の変動に応じて、第１電圧との電位差を一定の所定電圧に保って変動するものであるので、アナログ・ディジタル変換回路は、電源から供給される第１電圧が変動しても、第２電圧との電位差は一定に保たれる。すなわち、アナログ・ディジタル変換回路の仮想的なアース電圧が第２電圧となることから、実際のアースを基準とする値に変換する必要がない。従って、負荷電流またはこれに相当する値が簡素な構成で求められる。
【００１２】
さらに、この構成によれば、例えばｋ＝８で所定電圧が５Ｖの場合には、ディジタル値の分解能が５Ｖ／255≒20ｍＶになるので精度良く検出が行われる。すなわち、数値ｋの設定を変えることで所望の精度による検出が可能になる。
【００１３】
また、上記アナログ・ディジタル変換回路は、上記第１電圧と上記第２電圧との間を（ｎ−１）個（ｎはｎ＝２^kを満たす整数）に分割した分割電圧のｍ倍（ｍは０から(ｎ−１)までの整数）の電圧に上記第２電圧をそれぞれ加算した加算値を順次選択的に出力する分割電圧出力回路と、上記電流検出抵抗の一端側の電圧と上記分割電圧出力回路から順次選択的に出力される上記加算値とをそれぞれ比較するとともに、上記電流検出抵抗の他端側の電圧と上記分割電圧出力回路から順次選択的に出力される上記加算値とをそれぞれ比較する比較回路とを備えたもので、上記演算回路は、その比較結果に基づき上記負荷電流またはこれに相当する値を求めるものであるとしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、分割電圧出力回路により、第１電圧と第２電圧との間を（ｎ−１）個（ｎはｎ＝２^kを満たす整数）に分割した分割電圧のｍ倍（ｍは０から(ｎ−１)までの整数）の電圧に第２電圧をそれぞれ加算した加算値が順次選択的に出力される。この分割電圧出力回路は、例えば、電源部の出力ラインと電圧生成回路の出力ラインとの間に直列接続された同一抵抗値の（ｎ−１）個の抵抗を有して構成される。
【００１５】
そして、スイッチ手段がオンのときに、電流検出抵抗の一端側の電圧と順次選択的に出力される加算値とがそれぞれ比較され、電流検出抵抗の他端側の電圧と順次選択的に出力される加算値とがそれぞれ比較されて、その比較結果に基づき負荷電流またはこれに相当する値、例えば電流検出抵抗における電圧降下が求められる。
【００１６】
このように、第１電圧より所定電圧だけ低い第２電圧に分割電圧のｍ倍の電圧を加算した加算値を比較電圧とし、この比較電圧に対して電流検出抵抗の一端側および他端側の電圧を比較しているので、仮想的なアース電圧が第２電圧となることから実際のアースを基準とする値に変換する必要がない。従って、負荷電流またはこれに相当する値が簡素な構成で求められる。
【００１７】
また、上記演算回路は、上記比較回路による比較結果において、上記一端側の電圧と順次選択的に出力される上記加算値との大小が切り替わったときの当該加算値を上記一端側の電圧値とするとともに、上記他端側の電圧と順次選択的に出力される上記加算値との大小が切り替わったときの当該加算値を上記他端側の電圧値として、これらの上記一端側の電圧値と上記他端側の電圧値との差から上記電流検出抵抗における電圧降下を求めるものであるとしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、比較回路による比較結果において、電流検出抵抗の一端側の電圧と分割電圧出力回路から順次選択的に出力される加算値との大小が切り替わったときの当該加算値が上記一端側の電圧値とされる。また、電流検出抵抗の他端側の電圧と分割電圧出力回路から順次選択的に出力される加算値との大小が切り替わったときの当該加算値が上記他端側の電圧値とされる。そして、これらの上記一端側の電圧値と上記他端側の電圧値との差から電流検出抵抗における電圧降下が求められる。従って、所定電圧／(ｎ−１)の分解能で電圧降下が検出されることから、数値ｎを大きくすることで、電圧降下が高精度で求められることとなる。
【００１９】
また、上記アナログ・ディジタル変換回路は、半導体ウェハ上に集積されたＣＰＵの一部として構成され、当該ＣＰＵは、電源入力端子および接地端子を備え、上記電源入力端子には上記第１電圧が印加され、上記接地端子には上記第２電圧が印加されているとしてもよい。
【００２０】
この構成によれば、ＣＰＵの電源入力端子には電源部から出力される第１電圧が印加され、ＣＰＵの接地端子には電圧生成回路から出力される第２電圧が印加されることから、ＣＰＵは、第２電圧を仮想的なアース電圧とし、第１電圧と第２電圧との電位差である所定電圧（例えば５Ｖ）を動作電圧として動作することになるので、電流検出抵抗における電圧降下が簡素な構成で精度良く求められることとなる。
【００２１】
また、上記電流検出抵抗は、上記スイッチ手段を構成する半導体スイッチ素子により形成され、上記所定の抵抗値は、当該半導体スイッチ素子がオンのときに生じるオン抵抗の抵抗値であるとすると、例えばＦＥＴなどの半導体スイッチ素子により電流検出抵抗を兼用することができ、電流検出抵抗として、別途抵抗を介設する必要がなくなり、回路構成を更に簡素化することが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る電流検出回路を備えた電流供給回路の一実施形態を示す回路図で、自動車の電流供給回路の一例を示している。
【００２３】
この電流供給回路は、車載バッテリ１とアースとの間に、ＦＥＴ２、電流検出抵抗３、および負荷４が直列に接続されてなり、ＣＰＵ５からの制御信号に従って駆動回路６からＦＥＴ２のゲートに駆動電圧が印加されるとＦＥＴ２がオンにされて、負荷電流Ｉ_LDが車載バッテリ１から負荷４に供給されるようになっている。
【００２４】
図１において、車載バッテリ１は、バッテリ電圧Ｖ_BT（本実施形態では、例えばＶ_BT＝12Ｖ）を出力ライン１１に出力するものである。仮想アース生成回路７は、バッテリ電圧Ｖ_BTから所定の電位差（本実施形態では、例えば５Ｖ）だけ低下した低電圧Ｖ_SSを生成して出力ライン７１に出力するもので、その構成については後述する。
【００２５】
ＣＰＵ５は、入出力端子として電源入力端子５１、接地端子５２、Ａ／Ｄ変換入力端子５３，５４、出力端子５５を有し、機能ブロックとしてＡ／Ｄ変換部６０を備えている。
【００２６】
電源入力端子５１は車載バッテリ１の出力ライン１１に接続され、接地端子５２は仮想アース生成回路７の出力ライン７１に接続されている。従って、ＣＰＵ５は、仮想アース生成回路７の出力ライン７１に出力される低電圧Ｖ_SSを仮想のアース電位とし、この低電圧Ｖ_SSに対する所定の電位差（５Ｖ）だけ高いバッテリ電圧Ｖ_BTを電源として動作するものである。
【００２７】
すなわち、通常の動作電圧が５ＶのＣＰＵが電源電圧Ｖ_DD＝５Ｖとアース電位＝０Ｖとの間で動作するのに対して、本実施形態のＣＰＵ５は、デバイス自体に印加される電位差は同一で動作電圧も同一の５Ｖであるが、印加電圧の絶対値が上昇したものになっている。
【００２８】
また、ＣＰＵ５のＡ／Ｄ変換入力端子５３，５４は、それぞれ、電流検出抵抗３の車載バッテリ１側および負荷４側に接続され、出力端子５５は、駆動回路６に接続されている。Ａ／Ｄ変換部６０は、Ａ／Ｄ変換入力端子５３，５４に入力されるアナログ入力電圧信号をディジタル値に変換するもので、その構成については後述する。
【００２９】
ＣＰＵ５は、以下の機能を有する；
▲１▼入力端子（図示省略）に操作スイッチ（図示省略）が接続されており、この操作スイッチがオンにされると、駆動回路６に制御信号を送出してＦＥＴ２をオンにするスイッチ制御手段としての機能；
▲２▼Ａ／Ｄ変換部６０によりＡ／Ｄ変換入力端子５３，５４に入力される電流検出抵抗３の車載バッテリ１側および負荷４側の電圧を検出し、その検出結果および電流検出抵抗３の抵抗値に基づいて、負荷電流Ｉ_LDを求める演算手段としての機能。
【００３０】
図２は仮想アース生成回路の構成例を示す回路図である。同図において、ダイオードＤ１のカソードは、車載バッテリ１の出力ライン１１に接続され、アノードは、ＮＰＮトランジスタＱ１のベースに接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して接地されている。ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１によりバイアス電圧生成回路が構成され、トランジスタＱ１は定電流源として機能している。
【００３１】
トランジスタＱ１のエミッタは接地され、コレクタは、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタに接続されるとともに、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。トランジスタＱ２のベースは、ツェナーダイオードＺ１のアノードに接続され、ツェナーダイオードＺ１のカソードは、車載バッテリ１の出力ライン１１に接続されている。このツェナーダイオードＺ１には、コンデンサＣ１が並列に接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ２のエミッタは、抵抗Ｒ３を介して車載バッテリ１の出力ライン１１に接続されるとともに、出力ライン７１を介してＣＰＵ５の接地端子５２に接続されている。
【００３３】
このような構成により、
Ｖ_SS＝Ｖ_BT−Ｖ_ZD＋Ｖ_BE(Ｑ２)
となる。但し、Ｖ_ZDはツェナーダイオードＺ１のツェナー電圧、Ｖ_BE(Ｑ２)はトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧である。
【００３４】
従って、Ｖ_BE(Ｑ２)≒0.6Ｖであるので、Ｖ_ZD≒5.6Ｖのツェナーダイオードを採用することにより、Ｖ_SS＝Ｖ_BT−５Ｖの低電圧Ｖ_SSを生成する回路を実現することができる。
【００３５】
図３はＣＰＵ５のＡ／Ｄ変換部６０の構成例を示すブロック図である。このＡ／Ｄ変換部６０は８ビットのＡ／Ｄ変換を行う公知の回路構成を有している。
【００３６】
同図において、セレクタ６１は、入力選択レジスタ６２の内容に応じて、Ａ／Ｄ変換入力端子５３，５４のアナログ入力電圧信号を選択的にサンプルホールド回路６３に出力するものである。サンプルホールド回路６３は、セレクタ６１から送られてくるアナログ入力電圧信号をサンプリングして電圧比較器６４に送出するもので、そのＡ／Ｄ変換が終了するまで、サンプリングしたアナログ入力電圧信号を保持する。
【００３７】
分割電圧出力回路６５は、出力ライン１１（電源電圧Ｖ_BT）と出力ライン７１（低電圧Ｖ_SS）との間に直列接続された(２⁸−１)＝255個の同一抵抗値の抵抗６５１，６５１，…を備えている。また、分割電圧出力回路６５は、各抵抗６５１間の接続点（全254箇所）および出力ライン１１，７１と、電圧比較器６４との接続を順次切り替えるセレクタ６５２を備えており、この切替は、制御回路６６からの制御信号に基づき行われ、この切替によって、電圧(Ｖ_BT−Ｖ_SS)＝５Ｖの255／255＝１倍、254／255倍、…、２／255倍、１／255倍、０倍の電圧に低電圧Ｖ_SSを加算した値（例えば、１倍であれば電圧Ｖ_BT、０倍であれば電圧Ｖ_SS）が順次、電圧比較器６４に出力される。
【００３８】
電圧比較器６４は、サンプルホールド回路６３から送られるアナログ入力電圧信号Ｖ_SPと、分割電圧出力回路６５から送られるアナログの比較電圧Ｖ_RFとを逐次比較して、その比較結果に応じたディジタル信号を８ビットの逐次変換レジスタ６７に送出し、逐次変換レジスタ６７は、その比較結果をディジタル値として保持する。
【００３９】
逐次変換レジスタ６７のビット操作は、制御回路６６によりセレクタ６５２の切替に同期して行われ、逐次変換レジスタ６７への１ビットの格納動作が終了すると、逐次変換レジスタ６７から制御回路６６にその旨の信号が送出される。
【００４０】
変換結果レジスタ６８は、アナログ入力電圧信号Ｖ_SPのＡ／Ｄ変換結果を保持する８ビットのレジスタである。入力選択レジスタ６２および変換結果レジスタ６８は、内部バス６９を介してＡＬＵ（Arithmetic Logic Unit、図示省略）などに接続されている。
【００４１】
ここで、ＣＰＵ５における動作の一例について説明する。分割電圧出力回路６５から電圧(Ｖ_BT−Ｖ_SS)＝５Ｖの255／255＝１倍、254／255倍、…、２／255倍、１／255倍、０倍の電圧に低電圧Ｖ_SSを加算した加算値である比較電圧Ｖ_RFが順次電圧比較器６４に出力される。そして、アナログ入力電圧信号Ｖ_SPがこの比較電圧Ｖ_RFと比較されて、Ｖ_SP＜Ｖ_RFであれば「０」信号が逐次変換レジスタ６７に送出され、Ｖ_RF≦Ｖ_SPであれば「１」信号が逐次変換レジスタ６７に送出され、逐次変換レジスタ６７は、その比較結果を保持する。
【００４２】
すなわち、逐次変換レジスタ６７のビット内容は、例えばＶ_BT≦Ｖ_SPであれば「１１１１１１１１」になり、(Ｖ_BT−Ｖ_SS)・235／255＋Ｖ_SS≦Ｖ_SP＜(Ｖ_BT−Ｖ_SS)・236／255＋Ｖ_SSであれば「１１１０１０１１」になり、Ｖ_SS≦Ｖ_SP＜(Ｖ_BT−Ｖ_SS)・１／255＋Ｖ_SSであれば「００００００００」になる。
【００４３】
このように、アナログ入力電圧信号Ｖ_SPが順次出力される比較電圧Ｖ_RFと比較されて、その大小関係が切り替わったときの比較電圧Ｖ_RFがそのときの電圧値として逐次変換レジスタ６７に保持され、逐次変換レジスタ６７から変換結果レジスタ６８に送出される。変換結果レジスタ６８に保持された内容は、ＣＰＵ５内のＲＡＭ（図示省略）に一旦保管される。これによって、電流検出抵抗３の車載バッテリ１側および負荷４側の電圧値がそれぞれディジタル値として求められ、ＲＡＭに保管される。
【００４４】
そして、電流検出抵抗３の車載バッテリ１側の電圧値から負荷４側の電圧値を減算し、その結果を電流検出抵抗３の抵抗値により除算することにより、負荷電流Ｉ_LDが求められる。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、低電圧Ｖ_SS＝Ｖ_BT−５Ｖを仮想のアース電位とし、バッテリ電圧Ｖ_BTを電源として、動作電圧が５ＶのＣＰＵ５を動作させるようにしているので、０Ｖのアース電位を基準としていないため、上記従来の図７に示すような変換回路を備える必要がなく、簡素な回路構成で、電流検出抵抗３の車載バッテリ１側および負荷４側の電圧を検出することができる。従って、各電圧の差および電流検出抵抗３の抵抗値に基づき負荷電流Ｉ_LDを検出することができる。
【００４６】
また、バッテリ電圧Ｖ_BTが変動しても（Ｖ_BT−Ｖ_SS）は５Ｖで変動しないので、バッテリ電圧Ｖ_BTの変動に関わりなく、負荷電流Ｉ_LDを精度良く検出することができる。
【００４７】
また、電流検出抵抗３の車載バッテリ１側および負荷４側の電圧を、それぞれＣＰＵ５のＡ／Ｄ変換部６０により検出するようにしているので、例えばＡ／Ｄ変換部６０が８ビットであれば、約20ｍＶ単位で各電圧を精度良く検出することができ、これによって負荷電流Ｉ_LDを精度良く検出することができる。
【００４８】
この場合、電流検出抵抗３の負荷４側の電圧が、バッテリ電圧Ｖ_BTと低電圧Ｖ_SSとの間になるように、負荷電流Ｉ_LDのレベルを考慮して、電流検出抵抗３の抵抗値を設定すればよい。
【００４９】
ここで、ＣＰＵ５のＡ／Ｄ変換部６０における分割電圧出力回路６５の抵抗６５１，…の抵抗値のばらつきについて説明するために、半導体ウェハ上に形成されたＩＣにおける素子の特性のばらつきについて説明する。
【００５０】
ＩＣは、半導体（一般にはシリコン）のインゴットから切り出された１枚のウェハ上に公知の回路形成工程によって多数の同一回路を形成した後に、回路（チップ）毎にダイシングしてモールドすることによって製造される。
【００５１】
従って、ＩＣにおける素子の特性のばらつきは、１枚のウェハ内部のチップ間で発生するばらつきと、ウェハ間のばらつきと、ウェハを切り出したインゴット間のばらつきとに分けることができる。
【００５２】
ＩＣにおける素子の特性のばらつきは、回路形成工程におけるばらつき、すなわちエッチング工程のばらつき、露光工程のばらつき、不純物拡散工程の拡散度合いのばらつき、各工程における温度のばらつきなどの要因によって生じる。
【００５３】
このうちで、上記ばらつき要因であるエッチング、露光、不純物拡散の各工程はウェハ毎に行われ、同一ウェハでは各工程の温度も同一であるので、１枚のウェハ内部のチップ間では、特性のばらつきが生じにくい。特に、同一チップ内で近接して形成される素子間におけるばらつきは、殆ど無視することができる。
【００５４】
従って、抵抗６５１，…の抵抗値の相対的なばらつきは、それぞれ非常に低いレベルにすることができるため、ＣＰＵ５のＡ／Ｄ変換部６０によりアナログ入力電圧信号Ｖ_SPのＡ／Ｄ変換を高精度で行うことができ、これによって負荷電流Ｉ_LDを精度良く検出することができる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下の変形形態を採用することができる。
【００５６】
（１）上記実施形態では、電流検出抵抗３を車載バッテリ１と負荷４との間に直列に接続しているが、これに限られない。
【００５７】
図４では、ＣＰＵ５のＡ／Ｄ変換入力端子５３，５４を、それぞれＦＥＴ２のドレインおよびソースに接続しており、ＦＥＴ２を電流検出抵抗として兼用している。この場合、ＦＥＴ２のオン抵抗を予め求めておくことにより、上記実施形態と同様に、負荷電流Ｉ_LDを検出することができる。
【００５８】
図４の形態によれば、電流検出抵抗３が不要になるので、回路構成をさらに簡素化することができる。
【００５９】
（２）仮想アース生成回路７およびＡ／Ｄ変換部６０の回路構成は、それぞれ図２、図３に示すものに限られず、他の回路構成でもよい。
【００６０】
（３）上記実施形態では、Ａ／Ｄ変換部６０を８ビットのＡ／Ｄ変換を行うものとしているが、これに限られない。例えば10ビットとすると、更に精度良く負荷電流を検出することができる。
【００６１】
なお、ｋビットとすると、図３に示す分割電圧出力回路６５は、抵抗６５１をｎ＝(２^k−１)個だけ備えるようにすればよい。
【００６２】
（４）上記実施形態では、分割電圧出力回路６５において、セレクタ６５２により、電圧(Ｖ_BT−Ｖ_SS)＝５Ｖの255／255＝１倍、254／255倍、…、２／255倍、１／255倍、０倍の電圧に低電圧Ｖ_SSを加算した値が順次、電圧比較器６４に出力されるとしているが、出力する順番はこれに限られず、逆に、電圧(Ｖ_BT−Ｖ_SS)＝５Ｖの０倍、１／255倍、２／255倍、…、254／255倍、255／255＝１倍の電圧に低電圧Ｖ_SSを加算した値を順次、電圧比較器６４に出力するようにしてもよい。
【００６３】
（５）図１、図４では、負荷４をランプとしているが、これに限られない。例えば２次電池とすると、車載バッテリ１から２次電池に供給される負荷電流としての充電電流を精度良く検出することができる。
【００６４】
（６）上記実施形態では、Ａ／Ｄ変換部６０はＣＰＵ５に内蔵されているが、これに限られず、別回路でＣＰＵ５に外付けするようにしてもよい。また、Ａ／Ｄ変換部６０の回路構成は、図３に示したものに限られない。
【００６５】
図５はＡ／Ｄ変換部の異なる構成例を示すブロック図、図６は図５のＡ／Ｄ変換部の動作を説明するタイミングチャートである。
【００６６】
図５のＡ／Ｄ変換部６０は、公知の二重積分型Ａ／Ｄ変換回路からなり、ＣＰＵ５に外付けされている。
【００６７】
図５において、セレクタ８０は、電流検出抵抗３の一端（例えばバッテリ側）および他端（例えば負荷側）を選択的にＡ／Ｄ変換部６０に接続するもので、接続の切替はＣＰＵ５によって制御される。
【００６８】
Ａ／Ｄ変換部６０の負電圧生成回路８１は、低電圧Ｖ_SSより所定電圧だけ低い比較電圧Ｖ_REFを生成するものである。セレクタ８２は、セレクタ８０に接続されるスイッチＳ１および負電圧生成回路８１に接続されるスイッチＳ２を備え、各スイッチＳ１，Ｓ２のオンオフは、ロジック回路８３によって制御される。
【００６９】
抵抗Ｒ１１、コンデンサＣ１１、オペアンプ８４は積分回路を構成し（動作は後述する。）、コンパレータ８５は、低電圧Ｖ_SSとオペアンプ８４からの出力電圧Ｖ₈₄とを比較して、Ｖ₈₄＝Ｖ_SSになると所定の検出信号を出力するものである。ロジック回路８３は、カウンタ８６のカウント値に基づきセレクタ８２のスイッチ切替を制御する機能やカウンタ８６のカウント値をリセットする機能などを有する。
【００７０】
カウンタ８６は、クロックパルス信号発生回路８７により発生されるパルス数をカウントするもので、例えばクロックパルス信号発生回路８７により10kHzのパルス信号が発生する場合に、カウンタ８６が1000個のパルス数をカウントすると、0.1秒経過することになる。
【００７１】
次に、図６のタイミングチャートを参照しながら、図５のＡ／Ｄ変換部の動作について説明する。なお、図５の回路でも、上記実施形態と同様に、低電圧Ｖ_SSが仮想的なアースとして動作する。
【００７２】
図６において、Ｖ₈₄＝Ｖ_SSのとき（ｔ１時点）、コンパレータ８５から検出信号が出力され、この検出信号に基づきロジック回路８３によりスイッチＳ１がオンにされ、電流検出抵抗３の一方端の測定電圧Ｅｉがセレクタ８０を介して積分回路に入力される。
【００７３】
オペアンプ８４の出力電圧Ｖ₈₄は、測定電圧Ｅｉが低電圧Ｖ_SSに対して正の電圧であるので、負の方向に直線的に増加する。このときの傾斜は、測定電圧Ｅｉの大きさに比例したものになる。
【００７４】
スイッチＳ１のオン時間Ｔ１は、一定の値（例えば0.1秒）に予め決められており、カウンタ８６のカウント値が設定値になるとロジック回路８３によりスイッチＳ１がオフにされる（ｔ２時点）。従って、スイッチＳ１がオフにされたときの出力電圧Ｖ₈₄は、測定電圧Ｅｉの大きさに比例したものとなる。
【００７５】
スイッチＳ１のオフと同時に、ロジック回路８３によりスイッチＳ２がオンにされるとともに、カウンタ８６のカウント値がリセットされる。スイッチＳ２がオンにされると、負電圧生成回路８１から比較電圧Ｖ_REFが積分回路に入力される。比較電圧Ｖ_REFは低電圧Ｖ_SSに対して負の電圧であるので、オペアンプ８４の出力電圧Ｖ₈₄は、正の方向に直線的に増加する。
【００７６】
そして、出力電圧Ｖ₈₄が上昇し、時間Ｔ２後にＶ₈₄＝Ｖ_SSになると、コンパレータ８５から検出信号が出力され、この検出信号に基づきロジック回路８３によりスイッチＳ２がオフにされるとともに、カウンタ８６のカウントが停止される。
【００７７】
出力電圧Ｖ₈₄が正の方向に直線的に増加するときの傾斜は、比較電圧Ｖ_REFの大きさに比例したものになるが、比較電圧Ｖ_REFは一定であるので、常に一定のものになる。ここで、時間Ｔ１および比較電圧Ｖ_REFが既知であるので、時間Ｔ２が測定電圧Ｅｉに比例したものになることから、時間Ｔ２が経過した時点でのカウンタ８６のカウント値が測定電圧Ｅｉのディジタル値として得られ、これがＣＰＵ５のＲＡＭに保管される。
【００７８】
従って、ＣＰＵ５によりセレクタ８０を切り替えることにより、電流検出抵抗３の一端および他端の双方の電圧がディジタル値として得られることとなる。
【００７９】
これによって、上記実施形態と同様に、ＣＰＵ５により電流検出抵抗３における電圧降下を算出することが可能になり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源部から出力される第１電圧より所定電圧だけ低い第２電圧を生成して出力し、この第１電圧と第２電圧との電位差によってアナログ・ディジタル変換回路を動作させ、スイッチ手段がオンのときに、電流検出抵抗の一端側の電圧および他端側の電圧をアナログ・ディジタル変換回路によってｋビットのディジタル値に変換し、その変換結果に基づき負荷電流またはこれに相当する値を求めるようにしているので、アースを基準とする値に変換する必要がなくなり、負荷電流またはこれに相当する値を簡素な構成で求めることができる。さらに、数値ｋの設定を変えることで所望の精度による検出を行うことができる。
【００８１】
また、第１電圧と第２電圧との間を（ｎ−１）個に分割した分割電圧のｍ倍の電圧に第２電圧をそれぞれ加算した加算値を順次選択的に出力し、電流検出抵抗の一端側の電圧と順次選択的に出力される加算値とをそれぞれ比較し、電流検出抵抗の他端側の電圧と加算値とをそれぞれ比較して、その比較結果に基づき負荷電流またはこれに相当する値を求めるようにしているので、アースを基準とする値に変換する必要がなくなり、負荷電流またはこれに相当する値を簡素な構成で求めることができる。
【００８２】
また、比較回路による比較結果において、上記一端側の電圧と順次選択的に出力される上記加算値との大小が切り替わったときの当該加算値を上記一端側の電圧値とするとともに、上記他端側の電圧と順次選択的に出力される上記加算値との大小が切り替わったときの当該加算値を上記他端側の電圧値として、これらの上記一端側の電圧値と上記他端側の電圧値との差から上記電流検出抵抗における電圧降下を求めるようにすると、所定電圧／(ｎ−１)の分解能で電圧降下が検出されることから、数値ｎを大きくすることで、電圧降下を高精度で求めることができる。
【００８３】
また、アナログ・ディジタル変換回路は、半導体ウェハ上に集積されたＣＰＵの一部として構成され、当該ＣＰＵの電源入力端子には第１電圧を印加し、接地端子には第２電圧を印加することにより、ＣＰＵは、第２電圧を基準の仮想アースとし、第１電圧と第２電圧との電位差である所定電圧を動作電圧として動作するので、電流検出抵抗における電圧降下を簡素な構成で精度良く求めることができる。
【００８４】
また、スイッチ手段を構成する半導体スイッチ素子により電流検出抵抗を形成し、所定の抵抗値は当該半導体スイッチ素子がオンのときに生じるオン抵抗の抵抗値であるとすることにより、半導体スイッチ素子により電流検出抵抗を兼用することができ、電流検出抵抗として別途抵抗を介設する必要がなくなるので、回路構成を更に簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電流検出回路を備えた電流供給回路の一実施形態を示す回路図である。
【図２】仮想アース生成回路の一例を示す回路図である。
【図３】ＣＰＵ内部のＡ／Ｄ変換部を示すブロック図である。
【図４】電流供給回路の変形形態の回路図である。
【図５】Ａ／Ｄ変換部の異なる構成例を示すブロック図である。
【図６】図５のＡ／Ｄ変換部の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】従来の電流検出回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１車載バッテリ
２ＦＥＴ（スイッチ手段、電流検出抵抗）
３電流検出抵抗
４負荷
５ＣＰＵ（演算回路）
７仮想アース生成回路（電圧生成回路）
６０Ａ／Ｄ変換部（比較回路）
６５分割電圧出力回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a current detection circuit that detects a load current supplied from a power supply unit to a load.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a fuse is frequently used as a protection means against an overcurrent in a current supply circuit that supplies a load current from a power supply unit to a load by turning on a switch means. The fuse is inserted in series in the circuit, and when the overcurrent flows, it blows and shuts off the circuit, so there is an advantage that the circuit can be reliably protected, but once the overcurrent flows and the fuse blows, the blown fuse If the fuse is not replaced with a new fuse, the circuit cannot be restored, and there is a problem that it takes time to restore the circuit. In recent years, especially in vehicles, modularization of current supply circuits has progressed, and fuses have been incorporated into modules. Therefore, in order to replace the fuse, the fuse must be taken out from the inside of the module and then a new fuse must be incorporated into the inside of the module, which greatly reduces the workability of the fuse replacement.
[0003]
Therefore, it is considered to eliminate the fuse by monitoring the current flowing through the current supply circuit and turning off the switch means to shut off the circuit when the current level deviates from the normal range. However, for that purpose, a current detection circuit for accurately detecting the load current is required.
[0004]
A circuit as shown in FIG. 7 is known as such a current detection circuit. In the circuit of FIG. 7, a high-precision low resistance 103 is connected in series between the battery 101 and the load 102, and a current flowing through the low resistance 103 is converted into a voltage by the conversion circuit 104. On the other hand, a reference voltage is generated by the reference voltage generation circuit 105, and the converted voltage and the reference voltage are compared by the comparison circuit 106 to determine whether or not the current flowing through the low resistance 103 is abnormal. Yes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, since the reference voltage generation circuit 105 generates a reference voltage with reference to the ground, the conversion circuit 104 also needs to convert the voltage drop at the low resistance 103 to a value based on the ground. It is difficult to accurately convert the signal to a value based on the ground by the conversion circuit 104, and the configuration of the conversion circuit 104 becomes complicated.
[0006]
In addition, the battery voltage of the automobile fluctuates relatively even during normal operation, but in order to be able to generate a constant reference voltage regardless of the fluctuation of the battery voltage, the circuit of the reference voltage generation circuit 105 is used. There was also a problem that the configuration became complicated.
[0007]
The present invention solves the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a current detection circuit capable of detecting a load current supplied from a power supply unit to a load with a simple circuit configuration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a first current output from the power supply unit in a current supply circuit that supplies a load current from the power supply unit to the load by turning on a switch unit interposed between the power supply unit and the load. A voltage generation circuit that generates and outputs a second voltage lower than the voltage by a predetermined voltage, a current detection resistor having a predetermined resistance value interposed between the power supply unit and the load, and the first voltage An analog / digital conversion circuit that operates according to a potential difference from the second voltage and converts an analog value into a digital value of k (k is an integer of 2 or more) bits, and the current detection resistor when the switch means is on. An arithmetic circuit for obtaining the load current or a value corresponding thereto based on a digital value obtained by converting the voltage at one end and the voltage at the other end by the analog / digital conversion circuit, respectively. The second voltage is a virtual ground potential that is not 0 V, and varies according to the variation of the first voltage while maintaining a potential difference from the first voltage at a constant predetermined voltage. To Is.
[0009]
According to this configuration, the second voltage that is lower than the first voltage output from the power supply unit by a predetermined voltage is generated and output by the voltage generation circuit, and analog / digital is generated by the potential difference between the first voltage and the second voltage. The conversion circuit operates.
[0010]
When the switch means is on, the voltage at one end and the voltage at the other end of the current detection resistor are converted into a k-bit digital value by the analog / digital conversion circuit, and the load current or the A corresponding value, such as a voltage drop across the current detection resistor, is determined.
[0011]
Here, the second voltage is a virtual ground potential that is not 0 V, and varies with the potential difference from the first voltage maintained at a constant predetermined voltage according to the variation of the first voltage. In the analog-digital conversion circuit, even if the first voltage supplied from the power supply fluctuates, the potential difference from the second voltage is kept constant. That is, Since the virtual ground voltage of the analog / digital conversion circuit is the second voltage, it is not necessary to convert the value to a value based on the actual ground. Therefore, the load current or a value corresponding to the load current is obtained with a simple configuration.
[0012]
Furthermore, according to this configuration, for example, when k = 8 and the predetermined voltage is 5V, the resolution of the digital value is 5V / 255≈20 mV, so that detection is performed with high accuracy. That is, detection with a desired accuracy can be performed by changing the setting of the numerical value k.
[0013]
In addition, the analog-digital conversion circuit includes (n−1) (n is n = 2) between the first voltage and the second voltage. ^k Divided voltage output circuit that sequentially and selectively outputs an added value obtained by adding the second voltage to a voltage that is m times the divided voltage divided into an integer satisfying the above (m is an integer from 0 to (n-1)). And the voltage at one end of the current detection resistor and the addition value sequentially output from the divided voltage output circuit, respectively, and the voltage at the other end of the current detection resistor and the divided voltage output And a comparison circuit for comparing each of the addition values sequentially output from the circuit. The arithmetic circuit obtains the load current or a value corresponding to the load current based on the comparison result. It is good.
[0014]
According to this configuration, (n-1) (n is n = 2) between the first voltage and the second voltage by the divided voltage output circuit. ^k An added value obtained by adding the second voltage to a voltage of m times the divided voltage divided into (an integer from 0 to (n-1)) is sequentially output. The divided voltage output circuit includes, for example, (n−1) resistors having the same resistance value connected in series between the output line of the power supply unit and the output line of the voltage generation circuit.
[0015]
Then, when the switch means is on, the voltage on one end side of the current detection resistor is compared with the added value selectively output sequentially, and the voltage on the other end side of the current detection resistor is selectively output sequentially. Are compared with each other, and a load current or a value corresponding thereto, for example, a voltage drop in the current detection resistor, is obtained based on the comparison result.
[0016]
In this way, an addition value obtained by adding a voltage that is m times the divided voltage to the second voltage that is lower than the first voltage by a predetermined voltage is used as a comparison voltage. Since the voltages are compared, the virtual ground voltage becomes the second voltage, so there is no need to convert it to a value based on the actual ground. Therefore, the load current or a value corresponding to the load current is obtained with a simple configuration.
[0017]
Further, the arithmetic circuit uses the addition value when the magnitude of the voltage on the one end side and the addition value that is sequentially selectively output are switched as the voltage value on the one end side in the comparison result by the comparison circuit. In addition, when the magnitude of the voltage on the other end side and the added value that is selectively output sequentially is switched, the added value is set as the voltage value on the other end side, and the voltage value on the one end side is The voltage drop in the current detection resistor may be obtained from the difference from the voltage value on the other end side.
[0018]
According to this configuration, in the comparison result by the comparison circuit, the addition value when the magnitude of the voltage at one end of the current detection resistor and the addition value sequentially output from the divided voltage output circuit is switched is the one end. Side voltage value. Further, the addition value when the magnitude of the voltage on the other end side of the current detection resistor and the addition value sequentially output from the divided voltage output circuit is switched is set as the voltage value on the other end side. Then, a voltage drop in the current detection resistor is obtained from the difference between the voltage value on the one end side and the voltage value on the other end side. Accordingly, since a voltage drop is detected with a resolution of a predetermined voltage / (n−1), the voltage drop can be obtained with high accuracy by increasing the numerical value n.
[0019]
The analog / digital conversion circuit is configured as a part of a CPU integrated on a semiconductor wafer. The CPU includes a power input terminal and a ground terminal, and the first voltage is applied to the power input terminal. The second voltage may be applied to the ground terminal.
[0020]
According to this configuration, the first voltage output from the power supply unit is applied to the power input terminal of the CPU, and the second voltage output from the voltage generation circuit is applied to the ground terminal of the CPU. Operates with a predetermined voltage (for example, 5V), which is a potential difference between the first voltage and the second voltage, as an operating voltage, so that the voltage drop in the current detection resistor is simple. With a simple configuration, it is required with high accuracy.
[0021]
The current detection resistor is formed by a semiconductor switch element constituting the switch means, and the predetermined resistance value is a resistance value of an on-resistance generated when the semiconductor switch element is turned on, for example, an FET The semiconductor switch element such as can be used as a current detection resistor, and it is not necessary to separately provide a resistor as the current detection resistor, and the circuit configuration can be further simplified.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a current supply circuit including a current detection circuit according to the present invention, and shows an example of a current supply circuit of an automobile.
[0023]
In this current supply circuit, an FET 2, a current detection resistor 3, and a load 4 are connected in series between the in-vehicle battery 1 and the ground, and a drive voltage is applied from the drive circuit 6 to the gate of the FET 2 in accordance with a control signal from the CPU 5. Is applied, FET2 is turned on and the load current I _LD Is supplied from the in-vehicle battery 1 to the load 4.
[0024]
In FIG. 1, an in-vehicle battery 1 has a battery voltage V _BT (In this embodiment, for example, V _BT = 12V) is output to the output line 11. The virtual ground generation circuit 7 is connected to the battery voltage V _BT The low voltage V decreased by a predetermined potential difference (in this embodiment, for example, 5 V) from _SS Is generated and output to the output line 71, the configuration of which will be described later.
[0025]
The CPU 5 includes a power input terminal 51, a ground terminal 52, A / D conversion input terminals 53 and 54, and an output terminal 55 as input / output terminals, and an A / D conversion unit 60 as a functional block.
[0026]
The power input terminal 51 is connected to the output line 11 of the in-vehicle battery 1, and the ground terminal 52 is connected to the output line 71 of the virtual earth generation circuit 7. Therefore, the CPU 5 uses the low voltage V output to the output line 71 of the virtual ground generation circuit 7. _SS Is a virtual ground potential, and this low voltage V _SS Battery voltage V higher by a predetermined potential difference (5V) than _BT Is operated as a power source.
[0027]
That is, a CPU with a normal operating voltage of 5V _DD The CPU 5 of the present embodiment operates at a voltage level of 5V and a ground potential of 0V, whereas the CPU 5 of this embodiment has the same potential difference applied to the device itself and the same operating voltage, but the absolute value of the applied voltage. Has risen.
[0028]
The A / D conversion input terminals 53 and 54 of the CPU 5 are respectively connected to the in-vehicle battery 1 side and the load 4 side of the current detection resistor 3, and the output terminal 55 is connected to the drive circuit 6. The A / D converter 60 converts an analog input voltage signal input to the A / D conversion input terminals 53 and 54 into a digital value, and the configuration thereof will be described later.
[0029]
CPU 5 has the following functions:
(1) An operation switch (not shown) is connected to an input terminal (not shown), and when this operation switch is turned on, a switch control means for sending a control signal to the drive circuit 6 to turn on the FET 2 As a function;
(2) The voltage on the vehicle battery 1 side and the load 4 side of the current detection resistor 3 input to the A / D conversion input terminals 53 and 54 by the A / D converter 60 is detected, and the detection result and the current detection resistor 3 Based on the resistance value of the load current I _LD Function as an arithmetic means for obtaining
[0030]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the virtual earth generation circuit. In the figure, the cathode of the diode D1 is connected to the output line 11 of the in-vehicle battery 1, and the anode is connected to the base of the NPN transistor Q1 and grounded via the resistor R1. A bias voltage generation circuit is configured by the diode D1 and the resistor R1, and the transistor Q1 functions as a constant current source.
[0031]
The emitter of the transistor Q1 is grounded, and the collector is connected to the collector of the PNP transistor Q2, and is connected to the base of the transistor Q2 via the resistor R2. The base of the transistor Q2 is connected to the anode of the Zener diode Z1, and the cathode of the Zener diode Z1 is connected to the output line 11 of the in-vehicle battery 1. A capacitor C1 is connected in parallel to the Zener diode Z1.
[0032]
The emitter of the transistor Q2 is connected to the output line 11 of the in-vehicle battery 1 via the resistor R3, and is connected to the ground terminal 52 of the CPU 5 via the output line 71.
[0033]
With this configuration,
V _SS = V _BT -V _ZD + V _BE (Q2)
It becomes. However, V _ZD Is the Zener voltage of Zener diode Z1, V _BE (Q2) is the base-emitter voltage of the transistor Q2.
[0034]
Therefore, V _BE (Q2) ≒ 0.6V, so V _ZD ≒ By adopting a Zener diode of 5.6V, V _SS = V _BT Low voltage V of -5V _SS Can be realized.
[0035]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the A / D conversion unit 60 of the CPU 5. The A / D converter 60 has a known circuit configuration for performing 8-bit A / D conversion.
[0036]
In the figure, the selector 61 selectively outputs the analog input voltage signal of the A / D conversion input terminals 53 and 54 to the sample hold circuit 63 according to the contents of the input selection register 62. The sample hold circuit 63 samples the analog input voltage signal sent from the selector 61 and sends it to the voltage comparator 64. The sample hold circuit 63 holds the sampled analog input voltage signal until the A / D conversion is completed. .
[0037]
The divided voltage output circuit 65 is connected to the output line 11 (power supply voltage V _BT ) And output line 71 (low voltage V _SS Connected in series with (2) ⁸ -1) = 255 resistors 651, 651,... Having the same resistance value. Further, the divided voltage output circuit 65 includes a selector 652 that sequentially switches connection points between the resistors 651 (254 locations in total) and the output lines 11 and 71 and the voltage comparator 64. This is performed based on a control signal from the control circuit 66, and the voltage (V _BT -V _SS ) = 5V 255/255 = 1 times, 254/255 times, ... 2/255 times, 1/255 times, 0 times voltage and low voltage V _SS (For example, if it is 1 time, the voltage V _BT If 0 times, voltage V _SS Are sequentially output to the voltage comparator 64.
[0038]
The voltage comparator 64 receives the analog input voltage signal V sent from the sample hold circuit 63. _SP And the analog comparison voltage V sent from the divided voltage output circuit 65 _RF Are sequentially sent to the 8-bit successive approximation register 67, and the successive approximation register 67 holds the comparison result as a digital value.
[0039]
The bit operation of the successive approximation register 67 is performed in synchronization with the switching of the selector 652 by the control circuit 66. When the operation of storing one bit in the successive approximation register 67 is completed, the successive approximation register 67 notifies the control circuit 66 to that effect. Is sent out.
[0040]
The conversion result register 68 stores the analog input voltage signal V _SP This is an 8-bit register that holds the A / D conversion result. The input selection register 62 and the conversion result register 68 are connected to an ALU (Arithmetic Logic Unit, not shown) or the like via an internal bus 69.
[0041]
Here, an example of the operation in the CPU 5 will be described. The voltage (V _BT -V _SS ) = 5V 255/255 = 1 times, 254/255 times, ... 2/255 times, 1/255 times, 0 times voltage and low voltage V _SS Comparison voltage V which is an addition value obtained by adding _RF Are sequentially output to the voltage comparator 64. And the analog input voltage signal V _SP Is the comparison voltage V _RF Compared to V _SP <V _RF If so, a “0” signal is sent to the successive approximation register 67 and V _RF ≦ V _SP If so, a “1” signal is sent to the successive approximation register 67, and the successive approximation register 67 holds the comparison result.
[0042]
That is, the bit content of the successive approximation register 67 is, for example, V _BT ≦ V _SP Then “11111111” and (V _BT -V _SS ) ・ 235/255 + V _SS ≦ V _SP <(V _BT -V _SS ) ・ 236/255 + V _SS Would be “11101011” and V _SS ≦ V _SP <(V _BT -V _SS ) ・ 1/255 + V _SS Then, it becomes “00000000”.
[0043]
Thus, the analog input voltage signal V _SP Comparison voltage V _RF The comparison voltage V when the magnitude relationship is switched _RF Is held in the successive approximation register 67 as the voltage value at that time, and is sent from the successive approximation register 67 to the conversion result register 68. The contents held in the conversion result register 68 are temporarily stored in a RAM (not shown) in the CPU 5. As a result, the voltage values on the in-vehicle battery 1 side and the load 4 side of the current detection resistor 3 are obtained as digital values and stored in the RAM.
[0044]
Then, by subtracting the voltage value on the load 4 side from the voltage value on the in-vehicle battery 1 side of the current detection resistor 3, and dividing the result by the resistance value of the current detection resistor 3, the load current I _LD Is required.
[0045]
Thus, according to this embodiment, the low voltage V _SS = V _BT -5V is assumed to be a virtual ground potential, and the battery voltage V _BT Since the CPU 5 having an operating voltage of 5V is operated with the power supply as the power source, the ground potential of 0V is not used as a reference, so that it is not necessary to provide the conversion circuit as shown in FIG. Thus, the voltages of the current detection resistor 3 on the in-vehicle battery 1 side and the load 4 side can be detected. Therefore, based on the difference between the voltages and the resistance value of the current detection resistor 3, the load current I _LD Can be detected.
[0046]
In addition, battery voltage V _BT (V _BT -V _SS ) Does not vary at 5V, so the battery voltage V _BT Regardless of fluctuations in load current I _LD Can be detected with high accuracy.
[0047]
Further, since the voltages on the in-vehicle battery 1 side and the load 4 side of the current detection resistor 3 are respectively detected by the A / D conversion unit 60 of the CPU 5, for example, if the A / D conversion unit 60 is 8 bits. , Each voltage can be accurately detected in units of about 20 mV, thereby the load current I _LD Can be detected with high accuracy.
[0048]
In this case, the voltage on the load 4 side of the current detection resistor 3 is the battery voltage V _BT And low voltage V _SS So that the load current I _LD The resistance value of the current detection resistor 3 may be set in consideration of this level.
[0049]
Here, in order to explain the variation in resistance values of the resistors 651,... Of the divided voltage output circuit 65 in the A / D conversion unit 60 of the CPU 5, the variation in element characteristics in the IC formed on the semiconductor wafer will be described. .
[0050]
An IC is manufactured by forming a large number of identical circuits on a single wafer cut from a semiconductor (generally silicon) ingot by a known circuit formation process, and then dicing and molding each circuit (chip). Is done.
[0051]
Therefore, variations in element characteristics in an IC can be divided into variations that occur between chips within one wafer, variations between wafers, and variations between ingots from which wafers have been cut.
[0052]
Variations in element characteristics in the IC are caused by factors such as variations in the circuit formation process, that is, variations in the etching process, variations in the exposure process, variations in the degree of diffusion in the impurity diffusion process, and variations in temperature in each process.
[0053]
Among these, the processes of etching, exposure, and impurity diffusion, which are the above-mentioned variation factors, are performed for each wafer, and the temperature of each process is the same for the same wafer. Difficult to occur. In particular, variations between elements formed close to each other in the same chip can be almost ignored.
[0054]
Therefore, the relative variation of the resistance values of the resistors 651,... Can be set to a very low level, so that the analog input voltage signal V can be obtained by the A / D converter 60 of the CPU 5. _SP A / D conversion of the load current I can be performed with high accuracy. _LD Can be detected with high accuracy.
[0055]
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, The following modifications can be employ | adopted.
[0056]
(1) In the above embodiment, the current detection resistor 3 is connected in series between the in-vehicle battery 1 and the load 4, but is not limited thereto.
[0057]
In FIG. 4, the A / D conversion input terminals 53 and 54 of the CPU 5 are connected to the drain and source of the FET 2, respectively, and the FET 2 is also used as a current detection resistor. In this case, by determining the on-resistance of the FET 2 in advance, as in the above embodiment, the load current I _LD Can be detected.
[0058]
According to the embodiment shown in FIG. 4, the current detection resistor 3 is not necessary, so that the circuit configuration can be further simplified.
[0059]
(2) The circuit configurations of the virtual earth generation circuit 7 and the A / D conversion unit 60 are not limited to those shown in FIGS. 2 and 3, respectively, and may be other circuit configurations.
[0060]
(3) In the above embodiment, the A / D conversion unit 60 performs 8-bit A / D conversion, but is not limited thereto. For example, if it is 10 bits, the load current can be detected with higher accuracy.
[0061]
If k bits are used, the divided voltage output circuit 65 shown in FIG. ^k -1) It is sufficient to provide only one.
[0062]
(4) In the above embodiment, in the divided voltage output circuit 65, the voltage (V _BT -V _SS ) = 5V 255/255 = 1 times, 254/255 times, ... 2/255 times, 1/255 times, 0 times voltage and low voltage V _SS Are sequentially output to the voltage comparator 64. However, the output order is not limited to this, and conversely, the voltage (V _BT -V _SS ) = 5V 0 times, 1/255 times, 2/255 times, ..., 254/255 times, 255/255 = 1 times as low voltage V _SS A value obtained by adding the values may be sequentially output to the voltage comparator 64.
[0063]
(5) In FIGS. 1 and 4, the load 4 is a lamp, but the present invention is not limited to this. For example, when a secondary battery is used, a charging current as a load current supplied from the in-vehicle battery 1 to the secondary battery can be accurately detected.
[0064]
(6) In the above embodiment, the A / D conversion unit 60 is built in the CPU 5, but the present invention is not limited to this. Further, the circuit configuration of the A / D converter 60 is not limited to that shown in FIG.
[0065]
FIG. 5 is a block diagram showing a different configuration example of the A / D converter, and FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the A / D converter in FIG.
[0066]
The A / D conversion unit 60 in FIG. 5 is a known double integration type A / D conversion circuit, and is externally attached to the CPU 5.
[0067]
In FIG. 5, the selector 80 selectively connects one end (for example, the battery side) and the other end (for example, the load side) of the current detection resistor 3 to the A / D converter 60, and the switching of the connection is controlled by the CPU 5. Is done.
[0068]
The negative voltage generation circuit 81 of the A / D conversion unit 60 has a low voltage V _SS Comparison voltage V lower by a predetermined voltage _REF Is generated. The selector 82 includes a switch S <b> 1 connected to the selector 80 and a switch S <b> 2 connected to the negative voltage generation circuit 81. On / off of each of the switches S <b> 1 and S <b> 2 is controlled by a logic circuit 83.
[0069]
The resistor R11, the capacitor C11, and the operational amplifier 84 constitute an integration circuit (the operation will be described later), and the comparator 85 has a low voltage V _SS And the output voltage V from the operational amplifier 84 ₈₄ And V ₈₄ = V _SS Then, a predetermined detection signal is output. The logic circuit 83 has a function of controlling switching of the selector 82 based on the count value of the counter 86, a function of resetting the count value of the counter 86, and the like.
[0070]
The counter 86 counts the number of pulses generated by the clock pulse signal generation circuit 87. For example, when the clock pulse signal generation circuit 87 generates a 10 kHz pulse signal, the counter 86 counts 1000 pulses. Then 0.1 seconds will elapse.
[0071]
Next, the operation of the A / D converter in FIG. 5 will be described with reference to the timing chart in FIG. In the circuit of FIG. 5 as well, the low voltage V _SS Operates as a virtual ground.
[0072]
In FIG. ₈₄ = V _SS (Time t1), a detection signal is output from the comparator 85, the switch S1 is turned on by the logic circuit 83 based on this detection signal, and the measured voltage Ei at one end of the current detection resistor 3 is integrated via the selector 80. Input to the circuit.
[0073]
Output voltage V of operational amplifier 84 ₈₄ Is measured voltage Ei is low voltage V _SS The voltage increases linearly in the negative direction. The inclination at this time is proportional to the magnitude of the measurement voltage Ei.
[0074]
The on-time T1 of the switch S1 is determined in advance to a constant value (for example, 0.1 second). When the count value of the counter 86 reaches the set value, the logic circuit 83 turns off the switch S1 (time t2). Therefore, the output voltage V when the switch S1 is turned off. ₈₄ Is proportional to the magnitude of the measurement voltage Ei.
[0075]
Simultaneously with the switch S1 being turned off, the logic circuit 83 turns on the switch S2, and the count value of the counter 86 is reset. When the switch S2 is turned on, the comparison voltage V is supplied from the negative voltage generation circuit 81. _REF Is input to the integrating circuit. Comparison voltage V _REF Is the low voltage V _SS The output voltage V of the operational amplifier 84 is negative. ₈₄ Increases linearly in the positive direction.
[0076]
And the output voltage V ₈₄ Rises and V after time T2 ₈₄ = V _SS Then, a detection signal is output from the comparator 85, the switch S2 is turned off by the logic circuit 83 based on this detection signal, and the count of the counter 86 is stopped.
[0077]
Output voltage V ₈₄ The slope when the voltage increases linearly in the positive direction is the comparison voltage V _REF The comparison voltage V _REF Since is constant, it will always be constant. Here, time T1 and comparison voltage V _REF Since the time T2 is proportional to the measured voltage Ei, the count value of the counter 86 when the time T2 has elapsed is obtained as a digital value of the measured voltage Ei, and this is stored in the RAM of the CPU5. Stored.
[0078]
Therefore, by switching the selector 80 by the CPU 5, the voltages at both the one end and the other end of the current detection resistor 3 are obtained as digital values.
[0079]
As a result, similarly to the above embodiment, the CPU 5 can calculate the voltage drop in the current detection resistor 3, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the second voltage that is lower than the first voltage output from the power supply unit by a predetermined voltage is generated and output, and the analog voltage is generated by the potential difference between the first voltage and the second voltage. When the digital conversion circuit is operated and the switch means is on, the voltage at one end of the current detection resistor and the voltage at the other end are converted into a k-bit digital value by the analog / digital conversion circuit, and based on the conversion result Since the load current or a value corresponding thereto is obtained, it is not necessary to convert it to a value based on the ground, and the load current or a value corresponding thereto can be obtained with a simple configuration. Furthermore, detection with desired accuracy can be performed by changing the setting of the numerical value k.
[0081]
Further, an addition value obtained by adding the second voltage to m times the divided voltage obtained by dividing the first voltage and the second voltage into (n−1) pieces is selectively output, and the current detection resistor The voltage at one end of the current is compared with the added value that is selectively output sequentially, the voltage at the other end of the current detection resistor is compared with the added value, and the load current or the Since the corresponding value is obtained, there is no need to convert it to a value based on the ground, and the load current or a value corresponding thereto can be obtained with a simple configuration.
[0082]
In addition, in the comparison result by the comparison circuit, the addition value when the magnitude of the voltage at the one end side and the addition value that is selectively output sequentially is changed to the voltage value at the one end side, and the other end The voltage value on the other end side and the voltage value on the other end side are set as the voltage value on the other end side when the magnitude of the voltage on the side and the added value that is sequentially output is switched. If the voltage drop in the current detection resistor is obtained from the difference from the value, the voltage drop is detected with a resolution of a predetermined voltage / (n−1). Therefore, increasing the numerical value n increases the voltage drop. It can be determined with accuracy.
[0083]
The analog / digital conversion circuit is configured as a part of a CPU integrated on a semiconductor wafer, and a first voltage is applied to a power input terminal of the CPU and a second voltage is applied to a ground terminal. Thus, the CPU operates with the second voltage as the reference virtual ground and the predetermined voltage, which is the potential difference between the first voltage and the second voltage, as the operating voltage. Therefore, the voltage drop in the current detection resistor can be accurately performed with a simple configuration. Can be sought.
[0084]
Further, a current detection resistor is formed by a semiconductor switch element constituting the switch means, and a predetermined resistance value is a resistance value of an on-resistance generated when the semiconductor switch element is turned on, whereby a current is generated by the semiconductor switch element. Since the detection resistor can also be used and it is not necessary to separately provide a current detection resistor, the circuit configuration can be further simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a current supply circuit including a current detection circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a virtual earth generation circuit.
FIG. 3 is a block diagram showing an A / D conversion unit inside a CPU.
FIG. 4 is a circuit diagram of a modification of the current supply circuit.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a different configuration example of an A / D conversion unit.
6 is a timing chart for explaining the operation of the A / D converter in FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a conventional current detection circuit.
[Explanation of symbols]
1 In-vehicle battery
2 FET (switch means, current detection resistor)
3 Current detection resistor
4 Load
5 CPU (arithmetic circuit)
7 Virtual earth generation circuit (voltage generation circuit)
60 A / D converter (comparison circuit)
65 Divided voltage output circuit

Claims

In a current supply circuit for supplying a load current from the power supply unit to the load by turning on a switch unit interposed between the power supply unit and the load,
A voltage generation circuit that generates and outputs a second voltage that is lower than the first voltage output from the power supply unit by a predetermined voltage;
A current detection resistor interposed between the power supply unit and the load and having a predetermined resistance value;
An analog-to-digital conversion circuit that operates by a potential difference between the first voltage and the second voltage, and converts an analog value into a digital value of k (k is an integer of 2 or more) bits;
When the switch means is on, the voltage at one end and the voltage at the other end of the current detection resistor are calculated based on the digital values converted by the analog / digital conversion circuit, respectively, and the load current or a value corresponding thereto is obtained. With an arithmetic circuit ,
The second voltage is a virtual ground potential that is not 0 V, and varies according to a variation in the first voltage while maintaining a potential difference from the first voltage at a constant predetermined voltage. Current detection circuit.

In the current detection circuit of claim 1, wherein said analog-to-digital conversion circuit, divided between the first voltage and the second voltage to the (n-1) (n is an integer satisfying n = 2 ^k) A divided voltage output circuit for sequentially and selectively outputting an addition value obtained by adding the second voltage to a voltage m times the divided voltage (m is an integer from 0 to (n-1)), and the current detection resistor Is compared with the sum value sequentially output from the divided voltage output circuit, and the voltage at the other end of the current detection resistor and the divided voltage output circuit are sequentially selected. A comparison circuit that compares the output added values with each other,
The current detection circuit is characterized in that the arithmetic circuit obtains the load current or a value corresponding to the load current based on the comparison result.

3. The current detection circuit according to claim 2, wherein the arithmetic circuit is configured to change the addition value when the magnitude of the voltage at the one end side and the addition value sequentially output is switched in the comparison result by the comparison circuit. As the voltage value at the one end side, and the addition value when the magnitude between the voltage at the other end side and the addition value that is sequentially output is switched as the voltage value at the other end side. A current detection circuit for obtaining a voltage drop in the current detection resistor from a difference between a voltage value on the one end side and a voltage value on the other end side.

4. The current detection circuit according to claim 1, wherein the analog / digital conversion circuit is configured as a part of a CPU integrated on a semiconductor wafer, and the CPU includes a power input terminal and a ground terminal. A current detection circuit, wherein the first voltage is applied to the power input terminal and the second voltage is applied to the ground terminal.

5. The current detection circuit according to claim 1, wherein the current detection resistor is formed by a semiconductor switch element constituting the switch means, and the predetermined resistance value is obtained when the semiconductor switch element is on. A current detection circuit characterized by having a resistance value of on-resistance generated in the circuit.